智能手機的迅猛發展導致了PC多年來影響力不斷下滑，人們也普遍感覺到其重要性也大不如前。而如今，PC的活力正在復蘇。由于新冠病毒COVID-19大流行，世界各地的人們都不得不在家工作和學習，極大凸顯了PC的重要性與人們生活密不可分。它們已成為人們現在最依賴的設備。

而現在的時機也再好不過了。除了敏銳的行業觀察者以外，很多人可能都忽略了這樣一個現實：如今主要的半導體制造商、軟件平臺開發商和PC制造商已經將現代PC打造成為我們一直以來希望的線條優美、輕巧便攜、功能強大且易于使用的機器。從各個層面上看，如今的筆記本電腦著實讓人印象深刻。

隨著我們對PC的依賴程度越來越高，可以明確的是，提升PC的使用體驗尚有一定的改進空間。其中之一就是讓PC具備更多的人工智能特性。過去幾年里，智能手機已經擁有了眾多全新的AI和機器學習功能——如圖像處理、語音助手、增強現實和蜂窩網絡連接方面的優化等。另一方面，PC上添加的人工智能技術則相對保守，如后臺電池優化和管理功能。因此，PC的使用體驗如果要像智能手機那樣輕松且充滿驚喜的話，還需要急起直追。

從技術角度來看，實現這個目標面臨的挑戰之一是PC上那些有待優化的功能要求對傳感器和其他組件實現不間斷的監控。這就意味著電腦的CPU或者GPU需要執行額外的任務，這必然導致功耗增加，電池使用時間縮短。然而還可以使用另一種方案，就是采用超低功耗FPGA芯片來承擔這項任務，解放CPU和/或GPU的任務負擔。

我們曾在第一篇系列博文——《FPGA初探》中討論過，這些獨特的芯片旨在以快速、低功耗的方式實現特定功能，在芯片投入設備中運行之后，它們可以在“現場”進行編程和重新編程（或更新）。

很多人不知道的是，一些PC和服務器已經使用了簡單的FPGA，尤其是用于電源管理和協調系統初始啟動進程。到目前為止，FPGA在PC上一般不用來執行更高級別的功能，但要實現這些功能完全可行。事實上，FPGA能夠為PC提供許多功能，例如加速用戶存在檢測、注意力追蹤、位置跟蹤等。

將FPGA集成到PC聽起來可能有些牽強，但實際上這只是技術行業早已采用的異構計算架構的延續。一些最早的PC僅有一個基礎的CPU計算核心。后來人們又增加了數字協處理器（有時稱為數學或浮點協處理器）來增強CPU的功能，這些協處理器可以為CPU分擔一些任務從而改善系統整體性能。后來，GPU進入了PC設計，大大提高了計算機圖形性能。將FPGA集成到PC的概念則延續了這種趨勢，這將為PC帶來極高的靈活性，即使在PC生產并銷售之后仍能夠對其功能進行“升級”。

實際上，FPGA完美地迎合了作為支撐智能AI功能的算法模型的不斷演化的需求。試想一下，筆記本電腦能夠通過判斷其所處的位置自動調整安全設置，或者使用者的注意力不在電腦屏幕上時，自動關閉屏幕來延長電池使用時間。這些功能可以通過集成FPGA實現，正是這些恰到好處的功能讓PC的使用體驗更流暢、輕松、靈活、智能。

當然，若只是在PC的設計中再加入一個協處理器，而不考慮它對系統的潛在影響（尤其是功耗要求、電池壽命、尺寸和成本），那便沒有意義。幸而，萊迪思半導體的iCE40 Ultra Plus?（其尺寸小至2.2 mm x 2.5 mm，功耗僅為幾毫瓦）或CrossLink-NX?（其尺寸小至3.7 mm x 4.1 mm，功耗僅為幾十毫瓦）系列FPGA對PC系統設計的物理尺寸和成本方面幾乎無任何負擔。更重要的是，它們能為PC系統設計人員帶來更高的靈活性和更多選擇，因為它PC廠商可以定制獨特的功能來實現產品差異化。

這些小型FPGA通常位于攝像頭模塊、麥克風等傳感器和集成在PC芯片組中的傳感器控制中心（sensor hub）之間。當運行在這些FPGA上的智能視覺AI模型識別出相應的數據時（例如走向PC的用戶或者看著（視線偏離）電腦屏幕的用戶），它們可以獲取傳感器的輸出，然后傳輸操作系統以下級別的中斷。

將這些小型FPGA嵌入設計中看起很簡單，但卻能帶來多方面的益處。首先，它可以減少PC的傳感器控制中心（功耗通常為幾百毫瓦）的工作時間，從而延長電池使用時間。與此同時，只有低功耗FPGA需要持續供電。其次，由于這些中斷在操作系統之下且遵循現有標準，因此不需要進行任何操作系統或驅動程序級別的軟件更改。最后，這種低級別架構設計還意味著這類功能可以在任何操作系統和任何類型的CPU架構上實現。對于那些希望在整個產品系列中創造差異化特性的PC設計師而言，這無疑是一個巨大的優勢。

了解PC發展歷程的人都知道，PC在某些階段會出現新的需求，需要添加新的協處理器幫助更好地完成工作。由于人們對在PC上實現AI和ML功能的興趣不斷增長，以及FPGA恰能完美適配這類智能處理工作，思考如何將FPGA應用于未來的PC設計中似乎勢在必行了。當今的筆記本電腦發展程度已然很高，它們不僅與我們的生活密切相關，也十分重要。因此設想一下，將更多智能功能添加到PC，勢必更加凸顯它在我們未來生活的重要性。

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